ch2-1-固體材料的結(jié)構(gòu)

1、1,第二章 固體材料的結(jié)構(gòu),材料科學(xué)基礎(chǔ),2,2.1 基礎(chǔ)知識(shí),物質(zhì) 。 原子,是由無(wú)數(shù)微粒（分子、原子、離子）按一定方式聚集而成的集合體。,是由原子核(由帶正電荷的質(zhì)子和呈電中性的中子組成)和核外電子(帶負(fù)電荷)構(gòu)成。 原子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：體積很小，質(zhì)量大部分集中于原子核內(nèi)，原子核的密度很大。,2.1.1 原子結(jié)構(gòu),3,2.1.2 能級(jí)圖和原子的電子結(jié)構(gòu)2.1.3 周期表與周期性2.1.4 晶體中的原子結(jié)合,

2、化學(xué)鍵：化學(xué)上把原子間強(qiáng)烈的相互作用 金屬鍵 共價(jià)鍵 離子鍵 分子鍵和氫鍵,,化學(xué)鍵的 分類,4,金屬鍵,金屬原子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是外層電子較少，當(dāng)金屬原子互相靠近產(chǎn)生相互作用時(shí)，各金屬原子都易失去最外層電子而成為正離子。這些脫離了每個(gè)原子的電子為相互結(jié)合的集體原子所共有。成為自由的公有化的電子云(或稱電子氣)而在整個(gè)金屬中

3、運(yùn)動(dòng)，,5,金屬鍵,金屬鍵：金屬原子外層電子小，易失去——金屬正離子 金屬原子相互靠近，外層價(jià)電子脫離——自由電子特點(diǎn)：電子共有化,沒(méi)有飽和性和方向性 。特性： (1)良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性； (2)不透明，具有金屬光澤； (3)具有較高的強(qiáng)度和良好的延展性； (4)正的電阻溫度系數(shù)。,6,,,7,,共價(jià)鍵 原子間不產(chǎn)生電子的轉(zhuǎn)移，借共用電子對(duì)產(chǎn)生的力結(jié)合，如金

4、剛石，單質(zhì)硅，SiC 特點(diǎn)： 1.飽和性：電子必須由（8－N）個(gè)鄰近原子共有； 2.具有方向性：氧化硅四面體中硅氧鍵為109° 3. 脆性：外力作用，原子間發(fā)生相對(duì)位移，鍵將被 破壞 4.絕緣性：金剛石的熔點(diǎn)高達(dá)3750℃,8,共價(jià)鍵的飽和性,形成共價(jià)鍵的SiO2, 藍(lán)色圓圈代表Si的價(jià)電子，紅色圓圈代表O的價(jià)電子,9,,由共價(jià)鍵方向性特點(diǎn) 決定了的SiO

5、2四面體晶體結(jié)構(gòu),每個(gè)共價(jià)鍵之間的夾角約為109°。,10,,,圖2-11 共價(jià)鍵材料在外力作用下可能發(fā)生鍵的破斷。,11,離子鍵,形成： 1.電負(fù)性相差較大的原子相互靠近，電負(fù)性小的失電子，電負(fù)性大的得電子，形成正負(fù)離子。 2.兩種離子靠靜電應(yīng)力結(jié)合在一起特點(diǎn)：無(wú)方向性，電荷分布是球?qū)ΨQ的。無(wú)飽和性，一個(gè)離子可同時(shí)和幾個(gè)離子結(jié)合熔點(diǎn)較高，脆性，導(dǎo)電性差,12,,Cl和Na離子在引力和斥力

6、作用下，相互保持r0的距離，即F＝0，能量E為最小（如圖1）的位置。每一個(gè)Cl（或Na）離子與其近鄰的Na（或Cl）離子均保持這種最低的能量關(guān)系，從而，形成NaCl特有的晶體結(jié)構(gòu)，如圖2所示。,圖1  Cl和Na離子保持r0的距離,圖2 NaCl 晶體,13,,分子鍵（范德瓦耳斯) 以若靜電吸引的方式使分子或原子團(tuán)連接在一起的。 特點(diǎn)：除高分子外，鍵的結(jié)合不如化學(xué)鍵牢固，無(wú)飽和性，無(wú)方向性。,

7、氫鍵：分子間特殊作用力 表達(dá)為：X—H—Y 特點(diǎn)：具有飽和性和方向性，可存在于分子內(nèi)或分子間。氫鍵主要存在于高分子材料內(nèi)。,14,,,圖 2-13 由分子或原子團(tuán)的極化而形成的范得瓦爾鍵。在水中，氧得電子往往向遠(yuǎn)離氫的方向集中，形成的電荷差使水分子間呈現(xiàn)微弱結(jié)合。,15,,,16,結(jié)合能,晶體中原子間的相互作用： 吸引力——長(zhǎng)程力，源于異性電荷間的庫(kù)侖力 排斥力,,,同性電荷間的庫(kù)侖力,泡利不相容原理引起

8、的,（短程力）,17,不同類型結(jié)合鍵的特性,結(jié)合鍵的多重性 a）金屬材料：主要是金屬鍵，還有其他鍵如：共 價(jià)鍵、離子鍵 b）陶瓷材料：離子鍵，如Al2O3,MgO 共價(jià)鍵，如Si3N4,SiC c）高分子材料：長(zhǎng)鏈分子內(nèi)部以共價(jià)鍵結(jié)合，鏈與鏈之間則為范德華力或氫鍵 d）復(fù)合材料：三種或三種以上,離子鍵能最高，共價(jià)鍵能次之，金屬鍵能第三，范德瓦耳斯鍵最弱,18,,,表 2-5 不同結(jié)合鍵能及其

9、材料的特性,19,2.2 金屬及合金相的晶體結(jié)構(gòu),金屬在固態(tài)下一般都是晶體。決定晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)在因素是原子，離子，分子間鍵合的類型及鍵的強(qiáng)弱。金屬晶體是以金屬鍵結(jié)合，其晶體結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,常見(jiàn)的有: 面心立方點(diǎn)陣 A1 或 fcc 立方晶系 體心立方點(diǎn)陣 A2 或 bcc 立方晶系 密排六方點(diǎn)陣 A3 或 hcp 六方晶系,20,,描述晶胞從以下幾個(gè)方面： 晶胞中原子的排列方式 (原子所處的位

10、置) 點(diǎn)陣參數(shù) (晶格常數(shù)和晶軸間夾角) 晶胞中原子數(shù) 原子半徑 R(原子的半徑和點(diǎn)陣常數(shù)關(guān)系) 配位數(shù)和致密度 密排方向和密排面 晶體結(jié)構(gòu)中間隙 (大小和數(shù)量) 原子的堆垛方式,21,三種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)剛球模型,體心立方 面心立方 密排六方,22,晶胞原子數(shù),2,4,6,體心立方 面心立方 密排六方,23,原子半徑與晶格常數(shù),,,,體心立方 面心立方

11、 密排六方,24,配位數(shù)和致密度,配位數(shù)是指晶體結(jié)構(gòu)中與任一原子最近鄰并且等距離的原子數(shù)。,,面心立方原子配位數(shù),25,,致密度：原子排列的密集程度可以用剛球所占空間的體積百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，稱為致密度。如以一個(gè)晶胞來(lái)計(jì)算，致密度K就等于晶胞中原子所占體積與晶胞體積之比，即,N——晶胞中原子數(shù)v——一個(gè)原子（剛性小球）體積V——晶胞體積,26,面心立方密排面,面心立方結(jié)構(gòu)(特征）,密排面為（111）,27,面心立方結(jié)構(gòu)的間隙,間隙有兩種

12、:四面體間隙和八面體間隙八面體間隙: 位于晶胞體中心和每個(gè)棱邊的中點(diǎn)，由 6 個(gè)面心原子所圍成,大小rB=0.414R，rB為間隙半徑，R為原子半徑，間隙數(shù)量為4個(gè)。,面心立方八面體間隙,28,面心立方四面體間隙,四面體間隙:由一個(gè)頂點(diǎn)原子和三個(gè)面心原子圍成，其大?。簉B=0.225R，間隙數(shù)量為8個(gè)。,面心立方四面體間隙,29,,,30,面心立方晶體的 ABCABC 順序密堆結(jié)構(gòu),31,面心立方原子堆垛順序,堆垛方式：ABCABC…

13、或ACBACB…的順序堆垛 具有面心結(jié)構(gòu)金屬:γ－Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag等。,32,面心立方結(jié)構(gòu)(特征）,晶胞中原子排列：在立方體的八個(gè)頂角和六個(gè)面的面心各有一個(gè)原子。 點(diǎn)陣參數(shù): a=b=c；α=β=γ=90º晶胞中原子數(shù): n=8×1/8＋6×1/2=4 個(gè) 原子半徑 R:原子半徑---兩個(gè)相互接觸的原子中心距離 一半 配位數(shù)與致密度 配位數(shù) CN=12

14、 致密度 k=0.74,33,體心立方結(jié)構(gòu)(特征）,體心立方晶格密排面,34,體心立方晶格（間隙及堆垛方式）,間隙: 也是兩種，為八面體和四面體間隙， 八面體間隙位于晶胞六面體每個(gè)面的中心和每個(gè)棱的中心由一個(gè)面上四個(gè)角和相鄰兩個(gè)晶胞體心共6個(gè)原圍成，即數(shù)量為6。大小為rB=0.154R(在) 或rB=0.633R(在) 。,35,體心立方的間隙,四面體間隙由兩個(gè)體心原子和兩個(gè)頂角原子所圍成大小rB=0.291R,有 1

15、2 個(gè)。,36,體心立方晶格的 ABAB 密堆結(jié)構(gòu),37,體心立方晶格原子堆垛順序,堆垛方式: ABABAB…的順序堆垛 bcc結(jié)構(gòu)金屬: α－Fe、δ－Fe、Cr、Mo、W、V等,38,體心立方晶格(特征）,原子排列:晶胞八個(gè)頂角和晶胞體心各有一個(gè)原子 點(diǎn)陣參數(shù):a=b=c，α=β=γ=90º晶胞中原子數(shù):n=8×1/8＋1=2個(gè) 原子半徑: 配位數(shù)和致密度: 配位數(shù)： CN=8

16、 致密度： k=0.68,39,密排六方晶格原子位置,40,密排六方晶格晶胞原子數(shù),41,密排六方晶格密排面,42,密排六方晶格原子配位數(shù),43,密排六方晶格(間隙及堆垛方式）,間隙: 較為復(fù)雜，如圖2.34 八面體間隙rB=0.414R 有 6 個(gè) 四面體間隙rB=0.225R 有 12 個(gè),八面體間隙,四面體間隙,44,密排六方晶格原子堆垛順序,堆垛方式

17、: ABABAB…順序堆垛 hcp結(jié)構(gòu)金屬有:Mg、Zn、Be、Cd等,45,密排六方晶格（特征）,原子排列: 正六棱柱體 12 個(gè)頂角和上下底中心各有一個(gè) 原子，正六棱柱體中心有三個(gè)原子 點(diǎn)陣參數(shù): a1=a2=a3≠c，α=β=90º ，γ =120º晶胞中原子數(shù)：n=12×1/6＋2×1/2＋3=6個(gè) 原子半徑:2R=a R=a/2 配位數(shù)和致密度 配

18、位數(shù)： CN=12 致密度: K=0.74,46,,47,,已知銅是面心立方結(jié)構(gòu)的金屬，其原子半徑為0.1278nm，摩爾質(zhì)量為63.54g/mol，求銅原子所占的體積密度。(課堂),48,2.2.3 合金相的晶體結(jié)構(gòu),一 基本概念,純金屬的合金化：合金化后純金屬的性能得到大大的提高，合金化是提高純金屬性能的最主要的途徑。,49,2.2.3 合金相的晶體結(jié)構(gòu),一 基本概念,合金——兩種或兩種以上的金屬或金

19、屬與非金屬經(jīng)冶煉、燒結(jié)或其他方法組合而成并具有金屬特性的物質(zhì)。組元——組成合金的最簡(jiǎn)單、最基本而且能獨(dú)立存在的物質(zhì)。組元可以是金屬和非金屬,也可以是化合物 相——合金中具有同一聚集狀態(tài),同一結(jié)構(gòu)，以及成分性質(zhì)完全相同的均勻組成部分。單相、兩相及多相合金。組織——在一定的外界條件下，一定成分的合金可能由不同成分，結(jié)構(gòu)和性能的合金相組成，這些相的總體稱為合金的組織。,50,合金相的分類,1.固溶體：是一種組元（溶質(zhì)）溶解在另一種

20、組元中（溶劑，一般為金屬中）。固溶體特點(diǎn)：溶劑的點(diǎn)陣類型不變，溶質(zhì)原子或是代替部分溶劑 原子（置換式固溶體），或是進(jìn)入溶劑組元的間隙（間隙式固溶體）固溶度：溶質(zhì)在溶劑中的最大含量（極限溶解度）2.化合物：由兩種或多種組元按一定比例（一定的成分）構(gòu)成一個(gè)新的點(diǎn)陣，即不是溶劑的點(diǎn)陣也不是溶質(zhì)的點(diǎn)陣。,51,二 固溶體,溶劑和溶質(zhì)原子占據(jù)一個(gè)共同的布拉菲點(diǎn)陣，點(diǎn)陣類型和溶劑點(diǎn)陣類型相同；有一定的成分范圍，組元的含量可在一定范圍內(nèi)改變而

21、不會(huì)導(dǎo)致固溶體點(diǎn)陣類型的改變；具有比較明顯的金屬性質(zhì)，固溶體的結(jié)合鍵主要是金屬鍵,1）特征,52,2）固溶體分類,(1)按溶質(zhì)原子在點(diǎn)陣中所占位置分為： 置換固溶體：溶質(zhì)原子置換了溶劑點(diǎn)陣中部分溶劑原子。 間隙固溶體：溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙中。,固溶體的兩種類型（置換和間隙）,53,,,54,,,55,,(2)按固溶體溶解度大?。?有限固溶體：在一定條件下,溶質(zhì)原子在溶劑中的溶解量有一個(gè)上限,

22、超過(guò)這個(gè)限度就形成新相。 無(wú)限固溶體：溶質(zhì)原子可以任意比例溶入溶劑晶格中形成的。如: Cu—Ni Au—Ag Ti—Zr····，結(jié)構(gòu)相同,56,,無(wú)限固溶體中，溶質(zhì)和溶劑元素可以以任何比例相互溶解。其合金成份可以從一個(gè)組元連續(xù)改變到另一個(gè)組元而不出現(xiàn)其它合金相，所以又稱為連續(xù)固溶體,57,,在有限固溶體中，溶質(zhì)原子在固溶體中的溶解度有一定限度，超過(guò)這個(gè)限度，就會(huì)有其它

23、合金相(另一種固溶體或化合物)形成。它在相圖中的位置靠近兩端的純組元，因此也稱為端際固溶體。,置換式固溶體在一定條件下可能是無(wú)限固溶體，但間隙固溶體都是有限固溶體。,58,,(3)按溶質(zhì)原子在溶劑中的分布特點(diǎn)分類 無(wú)序固溶體：溶質(zhì)原子在溶劑中任意分布,無(wú)規(guī)律性。但近幾年的研究表明，只有在稀薄固溶體中或在高溫下，溶質(zhì)原子才有可能接近于完全無(wú)序分布。在一般情況下，溶質(zhì)原子的分布會(huì)偏離上述完全無(wú)序狀態(tài)，可能出現(xiàn)近程的有序分布或溶質(zhì)原

24、子的近程偏聚有序固溶體：溶質(zhì)原子按一定比例和有規(guī)律分布在溶劑晶格的點(diǎn)陣或間隙里，長(zhǎng)程有序。,59,,(4)按基體類型分類： 一次固溶體：以純金屬元素為溶劑形成的固溶體。 二次固溶體：以化合物為溶劑，組元元素之一為溶質(zhì)而形成的固溶體。,60,3） 置換固溶體,置換固溶體一般在金屬元素之間形成，對(duì)大多數(shù)元素而言常形成有限固溶體。除了少數(shù)原子半徑很小的非金屬元素之外，絕大多數(shù)金屬元素之間都能形成置換固溶體。例如F

25、e-Cr、Fe-Mn、Fe-V、Cu-Ni等。但對(duì)大多數(shù)元素而言，常常形成有限固溶體。在室溫下，Si在α-Fe中的溶解度≤15﹪，Al在α-Fe中溶解度≤35﹪。只有少部分金屬元素之間，可以形成無(wú)限固溶體，例如Cu-Ni、 Fe-Cr等，即不同溶質(zhì)元素在不同溶劑中的固溶度大小是不相同的。,61,3） 置換固溶體,固溶度大小的影響因素： 1.組元的晶體結(jié)構(gòu) a）晶體結(jié)構(gòu)相同是形成無(wú)限固溶體的必要條件 例如，Cu

26、、Ni兩種元素皆為面心立方結(jié)構(gòu)，因而才有二者能形成無(wú)限固溶體。 b）形成有限固溶體時(shí)，溶質(zhì)與溶劑的晶體結(jié)構(gòu)相同，則固溶度較不同結(jié)構(gòu)時(shí)大，否則，反之。 例如Ti、Mo、W、V、Cr等體心立方結(jié)構(gòu)的溶質(zhì)元素，在體心立方溶劑(例如α-Fe)中具有較大的固溶度，而在面心立方的溶劑(例如γ-Fe)中固溶度相對(duì)較小。具有面心立方結(jié)構(gòu)的溶質(zhì)元素Co、 Ni、 Cu等在 γ-Fe中的溶解度又大于在α-Fe中溶解度。,62,3）

27、置換固溶體,固溶度大小的影響因素：2.原子尺寸因素 是指形成固溶體的溶質(zhì)原子半徑與溶劑原子半徑的相對(duì)值大小，△R表示 ⊿ R ＝（RA－RB）/RA×100% RA、RB 分別表示溶劑和溶質(zhì)原子的半徑。 △R<14%-15%,有利于大量固溶，反之，固溶度非常有限。,如:鐵基合金中，△R<8%才能形成無(wú)限固溶體。 銅基合金中，△R<10%

28、才能形成無(wú)限固溶體。,63,,經(jīng)驗(yàn)表明，⊿R越大，固溶度越小⊿ R的大小限制了固溶體中的固溶度溶入同量溶質(zhì)原子時(shí)，⊿ R越大，引起的晶格畸變?cè)酱?，畸變能越高，極限溶解度就越小。,64,,3.化學(xué)親和力（電負(fù)性因素） 如果它們之間電負(fù)差越大,兩者間親和力大, ，則傾向于形成化合物而不利于形成固溶體；即使形成固溶體，固溶度亦很小。形成化合物穩(wěn)定性越高，則固溶體的固溶度越小。 例如Pb、Sn、Si分別與Mg形成固溶體

29、時(shí)， Pb與Mg的電負(fù)性差最小，故形成的化合物Mg2Pb穩(wěn)定性低，Pb在Mg中的最大固溶度可達(dá)7.75﹪。而 Si和Mg的電負(fù)性差較大，形成的Mg2Si穩(wěn)定性較高，Si只能在Mg中微量溶解。 Sn與Mg電負(fù)性差大小居中，故Sn在Mg中最大固溶度為3.35﹪,65,,4.電子濃度因素 a）溶質(zhì)原子價(jià)位高，溶解度極限越小,66,,4.電子濃度因素電子濃度：固溶體中價(jià)電子數(shù)目e與原子數(shù)目a之比假設(shè)溶質(zhì)原子價(jià)為v，溶劑原子價(jià)為V，溶質(zhì)元

30、素的原子百分?jǐn)?shù)為x，則該固溶體的電子濃度為: e/a＝[V(100－x)＋vx]/100電子濃度值大易形成化合物；電子濃度小易形成固溶體。,67,,電子濃度因素對(duì)固溶度影響，還表現(xiàn)在相對(duì)價(jià)效應(yīng)上。即當(dāng)一價(jià)金屬Cu、Ag、Au與高價(jià)元素形成合金時(shí)，高價(jià)元素在低價(jià)元素中的溶解度極限，總是大于低價(jià)元素在高價(jià)元素中的溶解度極限。 除此之外，固溶度還與溫度有密切關(guān)系。在大多數(shù)情況下溫度越高，固溶度越大。而對(duì)少

31、數(shù)含有中間相的復(fù)雜合金系(例Cu-Zn)，則隨溫度升高，固溶度減小。,68,間隙固溶體,當(dāng)一些原子半徑比較小的非金屬元素作為溶質(zhì)溶入金屬或化合物的溶劑中時(shí)，這些小的溶質(zhì)原子不占有溶劑晶格的結(jié)點(diǎn)位置，而存在于間隙位置，形成間隙固溶體。,間隙固溶體示意圖1,69,4） 間隙固溶體,間隙固溶體的的溶質(zhì)原子是一些原子半徑小于0.1nm的非金屬元素（如C、N、O、、H、B）。 其形成條件是 △r>41% 或 r質(zhì)/r劑<0.59

32、間隙固溶體只能是有限固溶體,一般溶解度較小。如：碳原子在α－Fe（最大Wt=0.0218%）和γ－Fe（最大Wt=2.11%）中形成的間隙固溶體為有限固溶體。,C、N與鐵形成的間隙固溶體是鋼中的主要合金相,70,5）固溶體的微觀不均勻性,固溶體中溶質(zhì)原子的分布并不是完全無(wú)序的。一般認(rèn)為熱力學(xué)上平衡狀態(tài)的無(wú)序固溶體溶質(zhì)原子分布在宏觀上是均勻的,在微觀上是不均勻的。 在一定條件下,溶質(zhì)原子和溶劑原子在整個(gè)晶體中按一定的順序排列起

33、來(lái),形成有序固溶體。有序固溶體中溶質(zhì)原子和溶劑原子之比是固定的,可以用化學(xué)分子式來(lái)表示,因此把有序固溶體結(jié)構(gòu)稱為超點(diǎn)陣。 例如：在Cu－Al合金中,Cu：Al原子比是1：1或3：1時(shí)從液態(tài)緩冷條件下可形成有序的超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),用CuAl或Cu3Al來(lái)表示。,71,,完全無(wú)序,偏聚,短程有序,1.溶劑原子的分布完全隨機(jī)，完全無(wú)序2.若同類原子結(jié)合力較強(qiáng)，會(huì)產(chǎn)生溶質(zhì)原子的偏聚3.若異類原子的結(jié)合力較強(qiáng)，則溶質(zhì)原子趨于以異類原子為鄰

34、的短程有序分布,72,,短程有序度 假設(shè)A,B二組元形成固溶體，A原子的百分?jǐn)?shù)為XA，PA為A原子在B原子周圍出現(xiàn)的概率，則短程有序度定義為 ai=1-PA/XA PA=XA，完全無(wú)序 PAXA , 短程有序,73,間隙固溶體中的點(diǎn)陣畸變,,74,6）固溶體的性質(zhì),(1)固溶體的點(diǎn)陣畸變 點(diǎn)陣常數(shù)改變 置換固溶體：r質(zhì)>r劑，a增大；

35、 r質(zhì)<r劑，a減小。 間隙固溶體：點(diǎn)陣常數(shù)始終隨溶質(zhì)原子溶入而增大。,75,,(2)固溶強(qiáng)化： 強(qiáng)度和硬度往往高于各組元，而塑性則較低間隙式溶質(zhì)原子的強(qiáng)化效果一般要比置換式溶質(zhì)原子更顯著。溶質(zhì)和溶劑原子尺寸相差越大或固溶度極限越小，固溶強(qiáng)化越顯著，則單位濃度溶質(zhì)原子所引起的強(qiáng)化效果越大。 但是也有些置換式固溶體的強(qiáng)化效果非常顯著，并能保持到高溫。,76,,(3)物理化學(xué)性能改

36、變 固溶體的電學(xué)，熱學(xué)，磁學(xué)等物理性質(zhì)也隨成分而連續(xù)變化。,77,三 化合物,化合物：由兩種或多種組元按一定比例（一定的成分）構(gòu)成一個(gè)新的點(diǎn)陣，即不是溶劑的點(diǎn)陣也不是溶質(zhì)的點(diǎn)陣。特點(diǎn)：在二元相圖中的位置總是在兩個(gè)端際固溶體之間的中間部分，所以稱為中間相。 中間相是合金組元間發(fā)生相互作用而形成的一種新相,它可以是化合物,也可以是以化合物為基的固溶體(二次固溶體),一般可以用化學(xué)分子式來(lái)表示,但不一定符合化合價(jià)規(guī)律。,

37、78,,2.中間相大多是由不同金屬或金屬與亞金屬組成的化合物，故又稱為金屬化合物3.結(jié)合鍵主要有金屬鍵，離子鍵或共價(jià)鍵，一般具有金屬性4.可以用化學(xué)分子式表示5.不同于組元的晶體結(jié)構(gòu)，組元各占據(jù)一定的點(diǎn)陣位置，呈有序排列6.性能不同于各組元的性能，一般是硬而脆的7.中間相的形成也受原子尺寸，電負(fù)性等影響,79,1） 中間相,中間相如：鋼中Fe3C、鋁銅合金中CuAl、黃銅中CuZn、半導(dǎo)體中GaAs、形狀記憶合金中NiTi和C

38、uZn、核反應(yīng)堆材料中Zr3Al、儲(chǔ)氫能源材料中LaNi5等。 中間相分類：正常價(jià)化合物——服從原子價(jià)規(guī)律電子化合物——電子濃度起控制作用間隙相、間隙化合物、TCP相、超結(jié)構(gòu)——原子尺寸有關(guān)化,80,2）正常價(jià)化合物,正常價(jià)化合物是一些金屬與電負(fù)性較強(qiáng)的ⅥA、ⅤA、ⅣA族的一些元素按照化學(xué)上的原子價(jià)規(guī)律所形成的化合物。其特點(diǎn)是符合化合物規(guī)律。具有嚴(yán)格的化合比、成分固定不變，成分可用化學(xué)式表示,一般為AB型、AB2型或A2B型、A

39、3B2型。 正常價(jià)化合物的晶體結(jié)構(gòu)通常對(duì)應(yīng)于同類分子式的離子化合物結(jié)構(gòu)。 例如:A2B型 Mg2Pb Mg2Sn Mg2Ge Mg2Si AB型 MgS MnS FeS 正常價(jià)化合物在常溫時(shí)有很高的硬度和脆性。在工業(yè)合金中,能起到提高材料強(qiáng)度和硬度的作用,稱為強(qiáng)化相。 如Al－Mg－Si合金中Mg2Si；但有時(shí)也是有害相,如鋼中FeS會(huì)引起鋼的脆性

40、。,81,3）電子價(jià)化合物,是由ⅠB族（Cu、Au、Ag）或過(guò) 渡族金屬（Fe、Co、Ni）與ⅡB、ⅢA、ⅣA族元素形成的金屬化合物。特點(diǎn)：不遵循原子價(jià)規(guī)律、電子濃度是決定其晶體結(jié)構(gòu)的主要因素。電子濃度相同,相的晶體結(jié)構(gòu)類型相同。電子濃度：固溶體中價(jià)電子數(shù)目e與原子數(shù)目a之比 e/a = （化合物元素價(jià)電子總數(shù) / 化合物原子數(shù)） 注:計(jì)算時(shí)過(guò)渡族元素時(shí)價(jià)電子數(shù)視為0。,82,,電子濃度、相、結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

41、 e/a=7/4（即21/12） ε 密排六方結(jié)構(gòu) e/a=21/13 γ 復(fù)雜立方結(jié)構(gòu) e/a=3/2（即21/14） β 體心立方結(jié)構(gòu) β－Mn 復(fù)雜立方或密排六方結(jié)構(gòu) 電子價(jià)化合物大都以金屬鍵結(jié)合，具有金屬特性,具有高熔點(diǎn)、高硬度但塑性低,與固溶體適當(dāng)搭配使合金

42、得到強(qiáng)化,作為非Fe合金中重要組成相。,83,4）.原子尺寸因素有關(guān)的化合物,間隙相和間隙化合物 是由過(guò)渡族金屬與原子半徑很小的非金屬元素（C、H、N、B等）組成的。 rx/rm0.59時(shí)形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物 X-非金屬，m——金屬,84,,a、間隙相 間隙相的晶格類型比較簡(jiǎn)單且與組元的結(jié)構(gòu)不同。在間隙相晶格中金屬原子占據(jù)正常位置,非金屬原子占據(jù)間隙位置,

43、有如下規(guī)律： rx/rm0.414時(shí)進(jìn)入八面體間隙 化學(xué)式：M4X M2X MX MX2。 間隙相具有金屬特性如有金屬光澤、良好的導(dǎo)電性、極高的硬度和熔點(diǎn),是合金工具鋼、硬質(zhì)合金和高溫金屬陶瓷材料的重要組成相。,自學(xué)間隙相的晶體結(jié)構(gòu)，p63－64,NaCl，CaF2,Fe4N,Fe2N,85,,b.間隙化合物 表達(dá)式有如下類型：M3C、M7C3、M

44、23C6、M6C。間隙化合物中金屬元素M常被其它金屬元素所代替形成化合物為基的固溶體（二次固溶體）。 在H、N、C、B等非金屬元素中,由于H和N的原子半徑很小,與所有過(guò)渡族金屬都滿足rx/rm0.59較大, rB/rm>0.59，硼化物均為間隙化合物；而碳原子半徑處于中間,某些碳化物為間隙相,某些為間隙化合物。 間隙化合物的熔點(diǎn)、硬度較高，也是強(qiáng)化相。,86,,C. 

45、拓?fù)涿芏严啵═CP相） 特點(diǎn)：①由配位數(shù)為12、14、15、16的配位多面體堆垛而成； ②呈層狀結(jié)構(gòu)。 TCP相類型： ①Lavs相 AB2型 鎂合金、不銹鋼中出現(xiàn) ②σ相 AB型或AxBx型 有害相,87,,自學(xué)超結(jié)構(gòu)的類型、合金的有序化轉(zhuǎn)變（p65－69）下節(jié)內(nèi)容: 2.3陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)